Ejemplo de práctica

Divulgación de la ciencia, Práctica 0, Equipo 0 (2014)
Determinación de edades de GRGs por medio del
espectro de radiocontinuo
C. A. Rodríguez Rico1
1Universidad
de Guanajuato, DCNyE
Enviado el 11 de Febrero del 2014
RESUMEN
Se realiza un compilación de los estudios presentados a partir de observaciones
multifrecuencia para la determinación de las edades de GRGs usando el
espectro de radio continuo.
1 INTRODUCCIÓN
Las radio galaxias gigantes son objetos que por
definición tienen un tamaño lineal proyectado en
el cielo >1 Mpc. De acuerdo a los modelos
dinámicos de las radiofuentes Fanaroff-Riley II
(FRII, Fanaroff & Riley 1974), la energía emitida
por el núcleo sale en la forma de jets delgados y
colimados que se abren camino en el ambiente
externo. Estos jets disipan su energía dando lugar
a regiones de emisión intensa llamadas nudos
calientes. Conforme el jet avanza hacia fuera, las
partículas relativistas fluyen a través de esos
nudos calientes y forman lóbulos extendidos con
emisión de radio. Si suponemos que no hay reaceleración significativa dentro de estos lóbulos y
no hay un mezclado significativo de partículas,
entonces debería de tener un gradiente espectral a
lo largo de la radio fuente, de tal manera que el
espectro estaría más pronunciado al incrementar la
distancia desde los nudos calientes. Esta
predicción se ha visto en muchas fuentes y se ha
usado para estimar las edades radiativas y
velocidades de expansión en varios ejemplos de
poderosas fuentes 3CR (e.g. Myers & Spangler
1985), de radiogalaxias de baja luminosidad y
luminosidad intermedia (e.g. Klein et al. 1995) y
fuentes compactas de espectro pronunciado
(Murgia et al. 1999).
Konar et al. (2008) realizó observaciones de baja
frecuencia usando el GMRT (Giant Metrewave
Radio Telescope) hacia 10 objetos conocidos
como radio fuentes gigantes (GRSs). Jamrozy et
al. (2008) realizó el análisis de las mismas
fuentes, excepto por J0720+2837 ya que
1
solamente tenían observaciones en dos frecuencias
y J1343+3758 cuyo análisis espectral ya había
sido presentado por Jamrozy et al. (2005). Konar
et al. (2006) realizó un análisis para una
radiogalaxia doble-doble (DDRG).
2 OBJETIVOS
Analizar el potencial de las observaciones
multifrecuencia en longitudes de onda de radio
con interferómetros como el VLA y el GMRT.
3 MATERIALES
Se utilizaron los siguientes materiales para el
experimento:



Archivos de datos astronómicos
o GMRT
o VLA
Software
o AIPS
o Aladin
o ds9
o R
Bases de datos astronómicas
o NED
o SIMBAD
o CDS
o CATS
Divulgación de la ciencia, Práctica 0, Equipo 0 (2014)
4 DESARROLLO EXPERIMENTAL
Analizamos el procedimiento utilizado por varios
autores para la determinación de edades
espectrales de fuentes extendidas conocidas como
GRGs.
La edad espectral, i.e. el tiempo que ha pasado
desde que las partículas fueron aceleradas en los
nudos calientes, se puede derivar a partir del
índice espectral (grado de inclinación) del
espectro de radio continuo debido a perdidas
causadas por procesos como sincrotrón y
Compton inverso.
Figura 1. Panel superior: ejemplo de cómo se hacen los
cortes en los lóbulos de fuentes analizadas dentro del cual
se determina la edad espectral de las partículas que radian.
Paneles inferiores: los espectros ajustados a las densidades
de flujo en cada corte.
Se han usado dos modelos para determinar esta
edad espectral: el Jaffe-Perola (JP, Jaffe-Perola
1973) y Kardashev-Pacholczyk (Kardashev 1962;
Pacholczyk 1970) en el paquete SYNAGE
Jamrozy
et al. (2008) mencionan que no
encuentran diferencias significativas entre los
resultados obtenidos por medio de estos dos
modelos, al menos en el rango de frecuencias de
sus observaciones. El modelo de Kardashev es un
modelo de inyección continua.
Las suposiciones realizadas para estimar la edad
espectral de estas fuentes es que: 1) la magnitud
del campo magnético es un lóbulo dado es
constante en el proceso de perdida de energía, 2)
las partículas inyectadas en los lóbulos tienen un
espectro constante de ley de potencias con índice
g y 3) la escala de tiempo de la isotropización de
los ángulos de levantamiento de las partículas es
corto comparado con el tiempo de vida radiativo.
2
Así, bajo estas suposiciones la edad espectral,
𝜏𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡 sería:
𝜏𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡 = 50.3
𝐵1/2
2
𝐵2 +𝐵𝑖𝑐
[𝜈𝑏𝑟 (1 + 𝑧)]−1/2 (Myr)
B, el campo magnético en los lóbulos, está
expresando en nT. br es la frecuencia de corte en
GHz por arriba de la cual el espectro de radio se
vuelve más pronunciado que el inicial de
iny=(-1)/2.
Se requiere estimar iny y esto se hace por medio
del ajuste del modelo JP a las densidades de flujo
de los lóbulos completos tratando iny como
parámetro libre. Las incertidumbres en este valor
son largas debido a que los lóbulos tienen a veces
densidades de flujo bajas. Cuando encontraron
densidades de flujo confiables a frecuencias más
bajas de las que tenían Jamrozy et al. (2008) pero
con mucho menor resolución angular, de tal
manera que no podía tener mediciones para cada
lóbulo, entonces usaron el mismo valor para
ambas iny.
Las diferentes imágenes fueron después
convolucionadas a la resolución angular de la
menor de las imágenes. Las separaciones entre
corte y corte corresponde a un elemento de
resolución angular. Se excluyó una región muy
cercana al núcleo. En la Figura 1 se muestra un
ejemplo de la aplicación de este método para
J1604+3731.
5 RESULTADOS
Jamrozy et al. (2008) aplicaron este método para
ocho GRSs.
J0912+3510: hay incertidumbre de a cual galaxia
se puede asociar la fuente de radio.
J0927+3510: Hay algunos cortes que se
sobreponen a la región de emisión que se cree es
una doble interna. El espectro muy inclinado
sugiere que es emisión vieja de los lóbulos. Se
cree que el redshift fotométrico está sobre
estimado.
J1155+4029: Se ha identificado como galaxia
pero un espectro óptico del anfitrión débil
ayudaría a saber sobre la naturaleza de la galaxia
óptica.
J1313+6937: Se puede estar viendo partículas que
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están mezcladas y que fueron inyectadas y
aceleradas en diferentes épocas.
Fuente
Redshift
J0912+3510
J0927+3510
J1155+4029

0.2489
0.55
0.53
0.106
L
(kpc)
1449
2206
1437
745
Edad
(Myr)
28.7
32.6
14.6
14.5
Tabla 1. Estimaciones de edad espectral para GRSs.
6 CONCLUSIONES
Las edades espectrales máximas estimadas para la
emisión de radio detectada hacia los lóbulos de las
fuentes esta en el rango de ~15 a 32 Myr con valor
medio de 23.5 Myr. Estas edades son
significativamente mayores que las encontradas
para fuentes más pequeñas (e.g. Leahy et al.
1989). Las fuentes GRSs son fuentes más viejas
que posiblemente evolucionan en regiones menos
densas de medio intergaláctico (Cotter 1998),
aunque el medio externo es generalmente
asimétrico en escalas de ~1 Mpc. (Konar et al.
2004).
Las edades espectrales dependen de los campos
magnéticos estimados. No concuerdan estos
valores con los estimados por Miley (1980) dentro
de un factor de ~3.
7 BIBLIOGRAFÍA
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3
Cotter G., 1998, Observational Cosmology with
the New Radio Surveys. Kluwer, Dordrecht, p. 233
Fanaroff B. L., Riley J. M., 1974, MNRAS, 167,
31P
Jamrozy M., Machalski J., Mack K.-H., Klein U.,
2005, A&A, 433, 467
Klein U., Mack K.-H., Gregorini L., Parma P.,
1995, A&A, 303, 427
Konar C., Saikia D. J., Ishwara-Chandra C.,
Kulkarny V. K., 2004, MNRAS, 355, 845
Konar C., Saikia D. J., Jamrozy M., Machalski J.,
2006, MNRAS, 372, 693
Leahy J. P., Muxlow T. W. B., Stephens P. W.,
1989, MNRAS, 239, 401
Miley, G. K., 1980, ARA&A, 18, 185
Murgia M., Fanti C., Fanti R., Gregorini L., Klein
U., Mack K.-H., Vigotti M., 1999, A&A, 345, 769
Myers S. T., Spangler S. R., 1985, ApJ, 291, 52